В конце XVIII в. наибольшего успеха добился вюртембергский пастор М. Ган, в 70-х годах XVIII в. конструировавший довольно удачную счетную машину. В отличие от машин Паскаля, Лейбница и др., имевших вид продолговатых ящиков, машина Гана представляла собой цилиндр. Это достигалось за счет вертикально расположенных по окружности ступенчатых валиков. На верхнем основании цилиндра находилась ручка, вращением которой приводился в движение механизм машины. Машина Гана выполняла четыре арифметических действия, при этом количество знаков результирующего числа не должно было превышать четырнадцати. Ган изготовил несколько экземпляров своей машины, которую можно считать одной из первых удачных машин, предназначенных для практических целей.

Среди машин XVIII в. следует также отметить машину Б. Якобсона из Несвижа (в то время резиденции польского магната М. Радзивилла) [99]».

К началу XIX в. все острее ощущается необходимость в счетной машине, простой и удобной в употреблении, надежной в работе. Все машины до этого времени изготовлялись в одном, в лучшем случае, в нескольких экземплярах. На них или совсем не работали, или работал только сам изобретатель. Эти машины были несовершенны и сложны, дороги в изготовлении.

Впервые пригодную для вычислений машину, на которой можно было выполнять четыре арифметических действия, создал уроженец Эльзаса Карл Томас де Кольмар, основатель и руководитель двух парижских страховых обществ («Феникс» и «Солейль»). Он же наладил впервые массовое производство своих машин. В 1818 г. Томас сконструировал, а в 1820 г. построил счетную машину, которую назвал арифмометром. В 1821 г. Томас представил свою машину на рассмотрение Парижской академии.

Мастерские Томаса начали в 1821 г. с выпуска 15 арифмометров в год, затем довели выпуск до 100 в год. 40% этих арифмометров оставалось во Франции, остальные вывозились в другие страны. Томас положил начало счетному машиностроению. Арифмометры Томаса выпускали (часто под другими названиями) в течение всего XIX в. и естественно, что в них вносили те или иные изменения. Но уже первые арифмометры были достаточно удобны в обращении и работали с довольно большой скоростью. Например, два восьмизначных числа можно было перемножить примерно за 15 секунд, а разделить шестнадцатизначное число на восьмизначное — за 25 секунд. Арифмометры Томаса оказали существенное влияние на развитие счетного машиностроения всего XIX в.

В основу арифмометра Томаса был положен ступенчатый валик Лейбница. Диаметр ступенчатых валиков не мог быть сделан меньше определенного размера, из-за чего машины Томаса были довольно длинными (более 50 см). Имелись и другие недостатки: неудобное для пользования перемещение каретки, необходимость передвигать специальный рычаг при переходе от одного действия к другому и т. п. Но в середине XIX в. эта вычислительная машина была несомненно лучшей. Кроме удачного использования ступенчатых валиков в арифмометре была хорошо продумана передача десятков, были применены противоинерционные приспособления и т. п.

Многие конструкторы XIX в. занимались усовершенствованием арифмометра Томаса, не меняя впрочем ни одного существенного узла машины. Но даже машина Томаса не могла удовлетворить потребности в вычислительных устройствах. Для широкой вычислительной практики по-прежнему нужна была достаточно простая, дешевая и удобная в работе машина. Развитие экономики и военного дела, расширение финансовых операций, развитие промышленности и транспорта приводило к значительному увеличению вычислений и необходимости их рационализации. Возросший объем научных исследований также требовал усовершенствования способов вычислений. Все это способствовало появлению в XIX в. значительного числа самых разнообразных изобретений для вычислений.

Более чем двухвековой опыт работы на счетах в России привел к тому, что в XIX в. конструкцию счетов стали изменять применительно к возросшим требованиям вычислительной практики. Наиболее широкое распространение получили счеты, которые предложил в 1828 г. Ф. М. Свободский (1780-е годы—1829). Были предложены интересные приборы Слонимским, Ротом, Куммером и многими другими. Все они преследовали цель упростить четыре (а часто и два) действия арифметики и имели некоторое значение как простые вычислительные приборы.

Таким образом к середине XIX в. имелся только один достаточно удовлетворительный для практики арифмометр — арифмометр Томаса. Все остальные вычислительные машины были приспособлены либо только для сложения и вычитания (счеты, суан-пан, счислитель Куммера), либо значительно уступали арифмометру Томаса. При создании счетных машин в XIX веке решались некоторые довольно важные вопросы (например, как лучше осуществить передачу десятков), но в теоретическом отношении вычислительные машины середины XIX в. моделировали правила действий с целыми числами и их основные свойства; никаких других проблем они не решали. Только Бэбидж в том же XIX в. смог совершенно по-новому подойти к проектированию вычислительных машин, разработать основные принципы их функционирования, в особенности, в главном своем творении — аналитической машине, и положить начало решению основных проблем современной вычислительной техники, что позволило сто лет спустя назвать его «отцом вычислительных машин [84].

Чарльз Бэбидж [1 В литературе встречаются различные написания этой фамилии: Беббедж, Бэббидж, Бебидж, Бабаш и др. Мы придерживаемся транскрипции Бэбидж, соответствующей написанию Babbage, приведенному в Webster Autobiographical Dictionary, London, 1956.] родился 26 декабря 1791 г. на юго- западе Англии в маленьком городке Тотнес, в графстве Девоншир [2 В ряде изданий приводится другой год рождения Бэбиджа — 1792 (например, [86]).]. Отец его Бенджамин Бэбидж, банкир фирмы «Прэд, Макворт и Бэбидж» впоследствии оставил сыну довольно большое состояние. Чарльз был слабым ребенком и родители не спешили отдавать его в школу. До 11 лет его учила мать (урожденная Елизавета Тип), о которой Чарльз всегда говорил с большим уважением. Будучи уже известным ученым, он часто советовался с ней по различным вопросам.

С 11 лет Бэбидж обучался в частных школах, вначале в Альфингтоне — небольшом городке в Девоншире, а затем недалеко от Лондона в городе Энфилде. В школе Чарльз увлекся математикой, занимался ею много и с особым удовольствием, в результате чего получил основательную математическую подготовку. В это время он детально изучил книгу Уорда «Руководство для юных математиков», а также ряд более фундаментальных работ по математике: «Принципы аналитических вычислений» Вадхауза, «Флюксии» Дитона и даже «Теорию функций» Лагранжа.

Интерес Бэбиджа к математике характеризует такой эпизод его учебы в школе: Чарльз будил своих товарищей по ночам и вместе с ними разбирал страницы учебника алгебры. Он считал эту книгу самой интересной. Ночные занятия математикой продолжались несколько месяцев, пока воспитатели не заметили их и не запретили.

Бэбидж с детского возраста проявлял интерес к различным механическим автоматам, которые были широко распространены в XVIII и в начале XIX вв. При получении каждой новой игрушки он неизменно спрашивал: «А что находится внутри ее?» Если ответ не удовлетворял ребенка, игрушка разламывалась на составные части. Чарльз и сам очень рано начал пытаться строить механические игрушки, что, кстати сказать, ему не всегда хорошо удавалось.

С возрастом он начинает конструировать уже не игрушки, а различные механизмы, которые пытается практически использовать. Так, в шестнадцать лет Чарльз построил механизм, при помощи которого предполагал ходить по воде. «Водоход» состоял из досок, скрепленных петлями. При подъеме ноги доски должны были подобно гусиным лапам складываться, а касаясь воды, распрямляться. Бэбидж считал, что при этом будет возникать отталкивающая сила, достаточная для того, чтобы человек мог идти по воде. Но испытания показали несостоятельность конструкции.